MÜHENDİSLİK TASARIMI - SİSTEMATİK YAKLAŞIM

Transkript

1 MÜHENDİSLİK TASARIMI - SİSTEMATİK YAKLAŞIM G. Pahl ve W. Beitz J. Feldhusen ve K.H. Grote Ders Hocası Hüseyin R. BÖRKLÜ

2

3

4 Makine elemanları Mühendislik tasarımı

5 Tasarım metodolojisi neyi amaçlar?

6 Mühendislik ve endüstriyel tasarım

7 KISALTMALAR ST - Sistematik Tasarım / Yaklaşım MT - Mühendislik Tasarımı KT - Kavramsal Tasarım ŞT- Şekillendirme Tasarımı AT - Ayrıntılı Tasarım FY - Fonk(siyon) Yapısı E, M, S - Enerji, Malzeme, Sinyal

8 1. GİRİŞ Mühendislik Tasarımcısı Görev ve Faaliyetler Mühendis; teknik problemleri çözer ürünün düzen / tertibi tasarım mühendisi fiziksel gerçekleşmesi üretim mühendisi Tasarımcının yetenek + kapasitesi ürün geliştirmeyi doğrudan etkiler

9 Mühendislik Tasarımı ne demek?

10 Uygulamalı doğal bilimler; yani objektiflik Ticari yatırım; yani maddi kazanç Problem çözme; yani hedefe kilitlenme Endüstriyel üretim; yani iş bölümü Tasarlama; yani geometri ve malzeme özelliklerini tanımlamak Mühendislik Tasarımı ne demek?

11 İş bölümü: tanım ve gerçekleştirme

12 Tasarım, belirli istekleri olası en iyi tarzda karşılamada harcanan tüm çabalardır: yaşamın yaklaşık tüm alanlarını etkiler bilimsel görüş / yasalara dayanır özel deneyimle gelişir çözümleri gerçekleştirme koşulları sağlar profesyonel işbirliği gerektirir

13 Mühendislik tasarımı, teknik ve kültürel iki akımın ortasında yer alır

14 Mühendislik tasarımının merkezi rolü

15 Psikolojik açıdan tasarım; özel alan bilgi ve deneyimi yanında temel mühendislik konularına dayanması gereken yaratıcı bir faaliyettir girişim, kararlılık, ekonomik anlayış, iyimserlik ve ekip çalışması tasarımcı için yararlı olur

16 Sistematik açıdan tasarım; kısmen çelişen sınırlayıcılar altındaki amaçları (istekleri) optimize etmektir Özel bir çözüm etkilendiği koşullar altında optimize edilebilir

17 Örgütsel açıdan tasarım; ürün yaşam döngüsünün temel bir parçasıdır Ürün planlamayla başlar ve imha ile son bulur

18 Bir ürünün yaşam döngüsü

19 Tasarımcı görev ve faaliyetleri bazı karakteristiklerden etkilenir: Görevin başlangıç noktası Organizasyon Yenilik Parti boyutu Branş Amaçlar

20 Görevin başlangıç noktası: Seri / parti üretim projeleri piyasa analizi sonrası başlatılır (büyük tasarım çözüm uzayı) Sipariş / küçük parti durumunda daha katı ihtiyaçlar vardır (önceki çözümlerden yararlanılır) Geliştirme yalnız bir parçayı içeriyorsa ihtiyaçlar / tasarım uzayı daha da katıdır

21 Bir seri üretim ürünü geliştirmek

22 Organizasyon, tasarım işi öncelikle şirket örgüt yapısına bağlıdır: Ürün-odaklı şirketlerde iş, farklı birimler arasında bölünür (döner komp / pistonlu komp. birimi gibi) Problem-odaklı şirketler, tüm görevi alt görevlere ayırır (makine müh, kontrol sistemleri, malzeme seçimi gibi)

23 Bir tasarım hedefine ulaşma stratejileri: Çözüm-odaklı, tasarım uzayı ve ihtiyaçlar birlikte incelenirken bir ilk çözüm önerilir, analiz edilir ve sürekli değiştirilir Problem-odaklı, birçok olası çözüm oluşturma öncesi soyutlama ve problem yapısı analiz edilir nasıl : bir tasarım hedefine ulaşma stratejileri

24 VDI 2221 e göre probleme odaklanma gelişimi

25 Probleme odaklanma: ihtiyaç listesi

26 Çözüme odaklanma: ruh hali çizelgesi

27 Çözüme odaklanma: ruh hali çizelgesi

28 Yenilik orijinal tasarımdaki yeni görev ve problemler yeni çözüm ilkeleriyle yapılır uyarlama tasarımda bilinen çözüm ilkesi korunur ve şekillendirme yeni ihtiyaçlara uyarlanır değişken tasarımlarda parça / montaj önceden tasarlanmış ürünlere ait sınırlar içinde değiştirilir

29 Keşfetme İcat etme Keşfetme (Discovery) Malzeme dünyasında mevcut olmakla birlikte bilinmeyen nesne / nesne özelliklerine fark etmektir İcat etme (Invention) Malzeme dünyasında mevcut olmayan ve bu nedenle bilinmeyen nesne / nesne özellikleri geliştirmektir

30 İcat etme (Invention) İcat etme Yenilik Yeni bilimsel bulgular / saptanan bilimsel bilgiye ait yeni birleşimleri tekniğe uygulamaktır Yenilik (Innovation) Dar manada Piyasaya yeni bir ürün sunmak / yeni bir üretim işlemi başlatmaktır Geniş manada Bir icat ve dar manadaki yenilikten oluşan tüm işlem Yenilik (Innovation) işlemi Genel manadaki bir yenilik işlemini belirtir

31 Tasarım ikilemi Ürün maliyetinin yaklaşık %70 i tasarımla belirlenir Ancak tasarım maliyeti toplam ürün maliyetinin sadece %2-10 unu içerir

32 Parti boyutu: Bir defalık özel / küçük parti ürün tasarımında riskleri azaltacak fiziksel işlem ve şekillendirme detayları yapılır Büyük parti ürünlerinde ise test numunesi / prototipleri yapılır Makine mühendisliği geniş bir alanı içerir ve özel uygulamalara bağlı önemli hususlar vardır

33 Amaçlar: Tasarım sürecinde bazı sınırlayıcılar dikkate alınarak amaçlar optimize edilir Yeni işlevler, uzun ömür, düşük maliyet, üretim sorunları ve değişen ergonomik sorunlar, yeni tasarım amaçları saptama nedenleridir

34 Tasarımcı faaliyetleri, kabaca: Kavramlar geliştirme Şekillendirme Detaylandırma Hesaplama, temsil ve bilgi derleme (her aşamada olur) Ayrıca doğrudan ve dolaylı tasarım faaliyetleri şeklinde de tasnif yapılabilir

35 Bir şirkette tasarım işleminin yeri Ürün maliyetinin yaklaşık %70 i tasarımla belirlenir Ancak tasarım maliyeti toplam ürün maliyetinin sadece %2-10 unu içerir

36 Bölümler arası bilgi akışı

37 Eğilimler: CAD sistemleri ve yazılımları Ayrıca yetkinlik (uzmanlık) alanı CIM, Eşzamanlı mühendislik, Mekatronik

38 Tasarımcılar: yeni teknolojik gelişmeleri (yeni üretim / montaj işlemleri, mikro-elektronik ve yazılımlar gibi) ve yeni malzemeleri (kompozit, seramik ve geri dönüşüm malzemeleri gibi) hesaba katmalıdır

39 Yeni kuşak tasarımcılar: daha yetenekli + güncel bilgiler / araçlar kullanma kapasitesine sahip olmalıdır

40 ST Önemi: İyi / optimum ve kaliteli çözümler sağlayacak bir tasarım işlemi sunmak

41 Yöntem / Metodoloji Yöntem (Method) Belirli bir hedefe sistematik ulaşma yoludur Metodoloji (Yöntemler bilimi) Belirli bir hedefe sistematik ulaşmada birçok yöntem ve destek kullanma yoludur

42 Tasarım bilimi Teknik sistemlerin oluşum ve ilişkilerini analiz için bilimsel yöntemler kullanır Tasarım metodolojisi Tasarım bilimi, bilişsel psikoloji ve çeşitli pratik deneyimlere bağlı somut teknik sistem tasarlamaya etki eder

43 Çözüm bulma: Sezgisel veya Etkileşimli (adım adım) olabilir

44 Tasarım metodolojisi: Tasarımcı yeteneklerini beslemeli ve rehberlik etmeli Yaratıcılığı artırmalı Objektif değerlendirme sağlamalıdır

45 Tasarım / üretimi rasyonelleştirmek için ST: Orijinal tasarımda tekrar kullanılabilir çözümler sağlar Boyut aralığı / modüler ürün geliştirme yaklaşımı, önemli bir tasarım rasyonelleştirme başlangıcı olmakla birlikte üretimde daha da önemlidir Bir tasarım metodolojisi bilgisayar destekli iş ve işlemleri de kolaylaştırır

46 o Tasarımcı, çok yönlü / birikime sahip olmalı o Farklı üretimlere gerekli bilgi / deneyim dikkate alınırsa, tasarım işi sabit bir kalıba sığmaz o Tasarım, üretimin teknik ve ekonomik değerinde çok önemlidir o Üretim yöntemleri, tasarımcının belirlediği çerçevede optimize edilir

47 Bir tasarım metodolojisi: o o o o o Her tür tasarıma uygulanabilmeli Yaratıcılık / anlamayı kolaylaştırmalı Diğer disiplinlerle uyumlu olmalı Tesadüfen çözüm bulma sağlamamalı Benzer görevlerde bilinen çözümler kullanmayı kolaylaştırmalı

48 o o o o o Bilgisayarla uyumlu olmalı Kolay öğretilmeli / öğrenilmeli Bilişsel psikoloji ve modern yönetim bilimi bulgularını yansıtmalı Bütünleşik ve disiplinler arası ürün geliştirmede planlama ve ekip çalışmasını kolaylaştırmalı Ürün geliştirme liderine rehberlik sağlamalıdır

49 Her geçen gün tasarım; daha mantıklı, düzenli, şeffaf ve düzeltilebilir olmaktadır. Tasarımcı yöntem ve çalışma sitilinin bilimsel gelişme ve endüstriyel pratiklere paralel olması tasarımcı katkı ve konumunu daha da artıracaktır

50 Sistematik bazı işlemler tasarlama ve icat yeteneğini geliştirir. Etkileşimli / sistematik bir yaklaşım sezgiyi de ölçer (sezgi olmadan gerçek başarı olamaz)

51 Tasarım öğretiminde öğrencinin tek başına çalışması yaratıcılık gelişmesinde çok önemlidir. Öğrenci evde de çalışmalıdır (yetenek ve kapasitesi gelişir). Sistematik işlemler, basit tasarım yapma ve öğretmen yükünü hafifletmeye katkı sağlar

52 Öğretmen de bazı doğma fikirlere sahip olabilir ve bu konuda öğrenci uyarılmalıdır. Öğrenci, bilinçsizden - bilinçli ve zevkli istikametlerde çalışmaya yönlendirilmelidir. Tasarımcı, diğer uzmanlarla çalıştığında, kendi görevi yanında liderliği üstlenme ve yürütmeye hazır olmalıdır

53 Sistematik Tasarım ile doğru çözümler oluşturularak her zaman kullanılabilir. Bu, rasyonel proje planına dayalı uygulanabilir iş planı belirleme de sağlar. Tasarımcı; fizibilite, çözüm bulma ve sonuçları değerlendirme gibi süreleri iyi tahmin eder

54 Tarihsel Arka Plan Sanayi devrimi öncesi tasarım, sanat ve çizimle sıkı bir ilişki içindeydi

55 19. yy da bazı karakteristik / ilkeler belirlendi Yeterli dayanım Yeterli direngenlik Az aşınma Düşük sürtünme Minimum malzeme kullanma Kolay oluşturma (elde etme) Kolay montaj ve Maksimum akılcılık

56 MT gelişiminde önemli katkıya sahip Bach ve Riedler: M seçimi üretim yöntemleri belirleme ve yeterli dayanım sağlamanın eşit önemli olduğunu ve birbirini de etkilediğini fark etmişlerdir

57 Röstscher ise: belirlenen amaç etkin yük yolları etkili imalat ve montaj tasarım karakteristiklerine değinir

58 Yükler, eğilme momentinden ziyade eksenel kuvvetler uygulanarak en kısa yoldan taşınmalıdır Uzun yük yolu, M israfı ve maliyet artışı yanında oldukça fazla biçim değişikliği de gerektirir

59 Laudien: rijit bir bağlantıda parçaları yük doğrultusunda birleştirme esneklik gerekirse parçaları dolaylı yük doğrultusunda birleştirme gereksiz önlemler alınmaması aşırı özellikler belirlememe gereksiz talepleri karşılamama sade ve ekonomik kons ile tasarrufu önerir

60 Erkens, ~1920 de ilk ST çalışmasını yaptı: Sürekli deneme ve değerlendirme ile işlemlerle çelişen istekleri dengeleyen bir yaklaşım geliştirdi

61 Wögerbauer ın çalışması ST a başlangıç noktası kabul edilir: tüm görevi alt görevlere ve ardından işlemsel ve uygulanabilir alt görevlere ayırır sınırlayıcılar arası ilişkileri inceler çözümün az-çok sezgisel keşfi ile işe başlar; temel biçim, M ve üretim yöntemlerine göre bunu geliştirir olası birçok çözüm, test etme ve değerlendirmeyle azaltılır (maliyet ölçütü ile)

62 Franke, farklı fiziksel elemanlara dayalı bir mantıksal fonksiyonel analoji kullanarak kapsamlı bir aktarma sistemler yapısı keşfetmiştir

63 ST gereksinimi 2. Dünya Savaşı öncesi hissedilmekle birlikte: o o güvenilir soyut gösterim vasıtası olmaması tasarımın sanat dalı olduğu inancı gelişimi engelledi Diğer bir neden de yetişmiş personel eksikliği idi

64 Modern ST ın fikir babaları: Kesselring, Tschocher, Niemann, Matousek ve Leyer Öncü rolleri yanında ST ın gelişim ve bilimsel olmasına büyük katkı sağladılar

65 Kesselring, 1942 de ortaya koyduğu ardışık yaklaştırma yönteminde: En az imalat maliyeti ilkesi En az boşluk gereksinimi ilkesi En az ağırlık ilkesi En az kayıplar ilkesi ve Optimum oluşturma ilkesinden söz eder

66 Tschochner, çalışma ilkesi, M, şekil ve boyut olarak dört tasarım faktöründen bahseder Bunlar, iç içe geçmiştir ve istekler, birim sayısı, maliyet vb. faktörlere bağlıdır Tasarımcı, çalışma ilkesiyle başlayıp M ve biçimi belirler, seçilen boyutlarla karşılaştırır

67 Niemann, ana boyutlar ve genel düzeni gösteren tasarıma ait ölçekli bir çizimle işe başlar sonra tüm tasarımı paralel geliştirilecek parçalara ayırır görev tanımından sistematik çözüm değişim ve optimum seçimine dek işlemleri sürdürür (yeni yöntemler benzeri)

68 Matousek, çalışma ilkesi, M, imalat ve biçim olarak dört tasarım faktörü sıralar Daha sonra genel bir çalışma plan detayı sunar (maliyet yüksek ise bu faktörler, tekrar gözden geçirilir)

69 Leyer, genelde biçim tasarımını ele almış; bu amaçlı kılavuz ve ilkeler geliştirmiştir Üç tasarım aşaması: 1. fikir / buluşla çalışma ilkesini belirleme 2. gerçek tasarım ve 3. uygulama alanıdır

70 İkinci aşama esnasında: sabit et kalınlığı ilkesi hafif ağırlıkta konstrüksiyon ilkesi en kısa yük nakil yolu ilkesi homojen olma ilkesi gibi bazı ilke ve kurallar dikkate alınır Genelde ST / bu amaçlı ilkeler: hassas, güç nakli / elekro-mekanik sektöründen oldukça etkilenmiştir

71 Hansen, 1950 başlarında dört aşamalı bir ST yaklaşımı önermiştir: 1. görevin analiz, değerlendirme ve belirlenmesi => geliştirme temel ilkesi 2. sistematik çözüm elemanları araştırma, çalışma yöntem ve ilkelerinde birleştirme 3. çalışma yöntem yetersizliğini (özellik ve karakteristiklere göre) analiz etme 4. optimum çalışma yöntemi belirlemek için çalışma yöntemini değerlendirme

72 Hansen den sonra Rodenacker orijinal tasarım yöntemi geliştirmiştir Mantıksal, fiziksel ve şekillendirme ilişkileri sırayla belirlenir ve çalışma ilişkisi geliştirilir

73 Ayrıca: fiziksel işlemi formüle esnasında olabildiğince erken olumsuz etki ve hatalar belirlenir / azaltılır basitten zora bir seçim stratejisi kullanılır nicel, nitel ve maliyet ölçütlerine göre değerlendirme yapılır Burada ikili mantığa önem verilir ve yeni teknik sistemler geliştirme metodolojisi de ele alınır

74 Mevcut Yöntemler 1. Sistemler Teorisi Karmaşık ve büyük sistemleri ele alır ve bu amaçla analiz, planlama, seçim ve optimum tasarımlarına ait özel yöntem ve işlemler kullanır

75 Sistem yapısı. S: sınır; S 1 S 5 : S nin alt sistemleri; S 21 S 24 : S 2 nin alt sistem / elamanları; І 1 І 3 : girdiler; O 1 O 2 çıktılar

76 Teknik yapılar: düzenli eleman gruplarından oluşan yapay, somut ve genelde dinamik sistemlerdir bir sınıra sahip olurlar girdi ve çıktılar arası ilişkiyi belirten bir fonk ve sistem büyüklük değişimi tanımlanabilir Tasarım işlemine sistemler teorisi uygulanabilir

77 Sistemler yaklaşımı adımları

78 Sistemler yaklaşımı modeli

79 2. Değer Analizi Maliyeti düşürmeyi amaçlar Genelde mevcut bir tasarımla başlanır ve gerekli fonk ve maliyete göre analiz edilir Sonra yeni amaçları karşılayacak çözüm fikirleri önerilir ST la birçok ortak yanı vardır Değer Analizi, KT aşamasında başlatılmalıdır

80 Değer Analizinin temel çalışma basamakları

81 3. Tasarım Yöntemleri VDI 2221 düzenli ve genel bir teknik sistem ve ürün tasarım yaklaşımı önermektedir Yaklaşım; makine, hassas işler, kontrol, yazılım ve işlem mühendislik alanlarına uygulanabilir

82 Genel tasarım yaklaşımı